Dysza jest niezwykle ważnym elementem każdej drukarki 3D umożliwiającej wykonywanie wydruków przestrzennych metodą FDM/FFF. To właśnie w jej wnętrzu (w wytworzonym wewnątrz niej kanale, którego początek stanowi otwór wlotowy, zaś jego koniec - otwór wylotowy) filament ulega przemianie w półpłynne tworzywo, które naniesione zostaje na stół roboczy maszyny drukującej. Występuje wiele rodzajów dysz do drukarki 3D, które dzielić można na grupy wedle określonych kryteriów. Każda z nich - niezależnie od jej typu - pełni bardzo istotną funkcję, jaką jest skuteczne przetworzenie filamentu w wydruk wytwarzany warstwowo z tak przygotowanego materiału. Jakie są rodzaje dysz? Z jakich materiałów się je wykonuje? Jaką dyszę do drukarki 3D warto wybrać w zależności od modelu urządzenia i filamentu, z którego chce się wykonać przestrzenny wydruk? Sprawdźmy to!

Spis treści:

1. Rodzaje dysz do drukarki 3D - kryteria
2. Podział dysz ze względu na średnicę ich otworu wylotowego
1. Średnica równa 0.4mm
2. Średnica mniejsza niż 0.4mm
3. Średnica większa niż 0.4mm
3. Przewodność cieplna materiałów
4. Podział dysz ze względu na materiał, z którego je wykonano
1. Mosiądz
2. Stal nierdzewna
3. Stal hartowana
4. Powlekany materiał
5. Mosiądz i rubin
5. Podsumowanie

Kryteria podziału dysz do drukarki 3D

Dysze do drukarki 3D występują w wielu formach. Aby użytkownik maszyny drukującej nie zgubił się w tym gąszczu różnorodności, konieczne jest zaopatrzenie go w przewodnik po typach omawianych elementów. Kryteria podziału dysz to temat obszerny. Warto skupić się jednak na tych najbardziej podstawowych - bez wiedzy na ich temat wybór odpowiedniego produktu bywać może utrudniony. O jakich kryteriach podziału dysz należy bezwzględnie pamiętać? Ich ilość jest niewielka. Są dwa bardzo ważne kryteria podziału dysz. Dzieli się je ze względu na:

• średnicę otworu wylotowego dyszy,
• materiał, z którego wykonano dyszę.

Każde z powyższych kryteriów podziału dysz do drukarki 3D oparte zostało na ważnych własnościach opisanego komponentu. Zarówno średnica otworu wylotowego dyszy, jak również surowiec, z którego dysza została wytworzona, mają istotny wpływ na jakość wykonywanych wydruków trójwymiarowych, do pracy nad którymi opisywany komponent urządzenia drukującego został zaprzężony.

Bo rozmiar ma znaczenie

Dysza to ważny element drukarki 3D. Determinuje ona jakość obiektów trójwymiarowych, które wytwarzane są przez urządzenie drukujące. Bardzo istotne są wymiarowe parametry otworu wylotowego dyszy, a precyzyjniej rzecz ujmując - jego średnica. Jej wartość ma znaczący wpływ na jakość wydruków trójwymiarowych, w tym dokładność ich wykonania. Średnica otworu wylotowego dyszy jest jednym z czynników determinujących szybkość drukowania przestrzennych struktur. Warto także dostosować grubość pojedynczej warstwy druku w oparciu o znajomość średnicy otworu wylotowego dobranej dyszy. Wartość ta nie powinna przekraczać 80% wartości średnicy dyszy!

Średnica równa 0.4mm

Dysza, której otwór wylotowy ma średnicę równą 0.4mm, to najpopularniejszy typ tego elementu do drukarki 3D. Komponent takiego rodzaju stanowi standardowe wyposażenie każdego urządzenia drukującego. Ten stosowany przez producentów drukarek 3D zabieg ma jednak sens. Dysza 0.4mm zapewnia dobrą jakość druku i niemałą precyzję wykonania wydruku przy jednoczesnej zadowalającej szybkości drukowania przestrzennego obiektu. Nie bez przyczyny jest to więc rozwiązanie standardowe, optymalne. Na dyszy 0.4mm świat tych komponentów do drukarki 3D się jednak nie kończy. I tu właśnie zaczyna się robić ciekawie...

Średnica mniejsza niż 0.4mm

Dysza o średnicy otworu wylotowego nieprzekraczającej umożliwia wykonywanie wydruków trójwymiarowych, które cechują się precyzyjnie utworzonymi detalami. Ma ona także bardzo korzystny wpływ na widoczność poszczególnych warstw wydrukowanego obiektu - jest ona mocno zredukowana. Wykonywanie przestrzennych wydruków za pomocą drukarki 3D, która wyposażona została w dyszę o średnicy otworu wylotowego mniejszej niż 0.4mm, to jednak proces, który zachodzi powoli, co może być szczególnie uciążliwe, gdy tworzona struktura ma mieć duże wymiary. Procedura taka będzie czasochłonna. Dysza ma niewielki otwór wylotowy - prawdopodobieństwo jej zatkania się jest zatem duże.

Plusy

• wysoka precyzja uzyskiwanych wydruków 3D
• niska widoczność poszczególnych warstw wydrukowanego obiektu 3D

Minusy

• wydłużony czas drukowania trójwymiarowych obiektów
• duże ryzyko zatkania się dyszy

Średnica większa niż 0.4mm

Dysza, która posiada otwór wylotowy o średnicy większej niż 0.4mm, istotnie wpłynie na szybkość drukowania przedmiotu trójwymiarowego. Odbędzie się to jednak kosztem dokładności detali tworzonego wydruku przestrzennego. Dysza o średnicy wylotowego otworu przewyższającej wartość 0.4mm bardzo dobrze sprawdzi się w pracy z filamentami, które zawierają cząstki/włókna materiałów o dużych własnościach ściernych. Do takich tworzyw do druku 3D zalicza się m.in. produkty, które wzbogacono włóknem szklanym, włóknem węglowym lub drobinkami drewna. 

Plusy

• szybkość drukowania obiektów
• bezproblemowe korzystanie z filamentów wzbogaconych włóknem węglowym, szklanym, drobinkami drewna, itd.

Minusy

• mniejsza dokładność detali wydruków 3D

Dysza - przewodność cieplna elementu drukarki 3D

Ważną właściwość każdej dyszy do drukarki 3D stanowi jej przewodność cieplna. Jest to zdolność obiektu do przekazania energii (jej pewnej formy) innemu ciału. Przewodzenie ciepła zachodzi wtedy, gdy przedmioty, pomiędzy którymi następuje wymiana energetyczna, stykają się ze sobą. Mowa więc tu o bezpośrednim kontakcie ciał. Najpierw przepływ cieplny zachodzi pomiędzy blokiem grzejnym i dyszą. Następnie dysza przewodzi ciepło, przekazując energię filamentowi, dzięki czemu stopniowej zmianie ulega jego stan skupienia. Staje się on wówczas niemalże płynnym ciałem. Tak przekształcony filament nakładany jest na platformę roboczą drukarki 3D.

Z jakich materiałów wytwarza się dysze?

Kluczowy wpływ na przewodność cieplną dyszy ma materiał, z którego został wytworzony ten ważny element drukarki 3D. Surowcami budulcowymi tych komponentów są stopy metali. Poziom przewodności cieplnej to jednak niejedyna cecha dyszy, na jaką wpływ ma materiał, z którego ją wykonano. Jest od niego uzależniona trwałość tego elementu drukarki 3D. Przepływ ciepła to niejedyna forma oddziaływania między sobą ciał, jakimi są dysza i filament. Półpłynny materiał termoplastyczny, który przepływa przez dyszę, wchodzi w interakcję z jej wewnętrznymi ścianami. O jakim typie oddziaływania jest tu jednak mowa? Odpowiedź brzmi: Tarcie! Wytwarzane wówczas siły tarcia nie pozostają bez wpływu na żywotność omawianego w tym artykule elementu drukarki 3D. Warto mieć także na uwadze fakt, iż wiele filamentów zalicza się do grona tworzyw ścieralnych. Takie materiały silnie oddziałują z dyszą, narażając ów element na szybkie zużycie, jeśli będzie on wykonany z niewystarczająco wytrzymałego surowca. Wówczas konieczna okaże się wymiana zniszczonej dyszy na nową. Mając na uwadze dotychczasowe rozważania, wysnuć należy pewien wniosek. Materiał wykonania to ważne kryterium podziału dysz. Z jakich surowców się zatem je wytwarza?

Dysza mosiężna

Dysza mosiężna - zgodnie z jej nazwą - wykonana jest z mosiądzu. Stanowi on metaliczny stop, którego składnikami podstawowymi są miedź oraz cyna. Mosiądz cechuje się dużą przewodnością cieplną. Jest również materiałem niedrogim. Wysnuć należy zatem dwa zasadnicze wnioski. Po pierwsze - mosiężna dysza dobrze przewodzi ciepło. Dzięki tej własności filament ma idealne warunki termiczne - takie, które sprzyjają jego optymalnej obróbce temperaturowej. Po drugie - dysze mosiężne są zasadniczo tanie. Dolny zakres cenowy komponentu wykonanego z mosiądzu to zaledwie kilka złotych! Czy dysza mosiężna ma jednak wady? Dobrze współgra ona z ograniczonym spektrum filamentów do drukarki 3D. O ile klasyczne materiały pokroju PLA, PET-G i ABS nie stanowią dla niej problemu, o tyle tworzywa zbrojone włóknem węglowym, włóknami szklanymi i te, które wzbogacono drobinkami drewna, są produktami, które negatywnie wpłyną na jej żywotność. Komponent narażony będzie bowiem na duże tarcie, którego źródłem będą przemieszczające się, zmodyfikowane termoplasty. Filamenty zawierające włókna (szklane lub węglowe), szklane mikrosfery lub drobinki drewna szybko ścierają wnętrze dyszy mosiężnej. Element drukarki 3D traci swoje pierwotne właściwości (zmianie ulega m.in. średnica jego otworu wylotowego), co ma negatywny wpływ nie tylko na jego trwałość, lecz również na drukowany z jego udziałem obiekt trójwymiarowy. Dysza mosiężna szybko stanie się bezużyteczna - konieczne będzie zastąpienie jej nowym egzemplarzem. Sprawdzi się ona doskonale w akompaniamencie z materiałami o nikłych własnościach ściernych. Chcąc jednak tworzyć wydruki przestrzenne z filamentów, które mogą szybko uszkodzić dyszę mosiężną, warto zaopatrzyć drukarkę 3D w element wykonany z surowca bardziej odpornego na ścieranie niż mosiądz.

Dysza mosiężna - zalety

• duża przewodność cieplna
• znakomita kompatybilność z filamentami o niewielkich własnościach ściernych
• niska cena

Dysza mosiężna - wady

• niska kompatybilność z filamentami o dużych własnościach ściernych (np. wzbogaconych włóknem węglowym)
• stosunkowo niewielka żywotność

Wykonana z mosiądzu dysza E3D (©E3D)

Dysza nierdzewna

Dysza nierdzewna to komponent do drukarki 3D, który cechuje się większą trwałością niż ten, który wytworzony został z mosiądzu.. Materiałem, z którego go wykonano, jest stal nierdzewna. Zgodnie z nazwą tego stopu metalicznego surowiec ten cechuje się bardzo dużą odpornością na korozję. Wynika ona z wzbogacenia receptury klasycznej stali odpowiednimi dodatkami. Może być nim np. chrom. Dzięki stosownym składnikom dodatkowym stal nierdzewna jest bardzo trwałym materiałem. Mowa tu nie tylko o dużej odporności na utlenianie. Jest nim także bardzo przyzwoita niepodatność na potencjalnie destrukcyjne czynniki mechaniczne. Komponent taki cechuje się kompatybilnością wieloma rodzajami filamentów. Problem stanowią jednak materiały o dużych własnościach ściernych. Warto jednak pamiętać, iż dysza nierdzewna będzie w stanie przetrwać dłużej w kontakcie z nimi niż analogiczny element drukarki 3D, który wyprodukowany został z mosiądzu. Można ją zatem bezproblemowo wykorzystać do druku obiektów trójwymiarowych z filamentów o właściwościach ściernych wówczas, gdy proces druku przedmiotu z takiego materiału jest względnie krótki. Trwałość to jednak nie wszystko. Dysza nierdzewna może być wykorzystana do druku obiektów trójwymiarowych, które będą mieć kontakt z żywnością. Nadal należy mieć na uwadze odpowiednią obróbkę tak wydrukowanego przedmiotu w celu maksymalnej redukcji ilości mikroporów obecnych w jego strukturze. Filament wytłaczany przez dyszę nierdzewną musi spełniać także odpowiednie wymogi, dzięki którym jego kontakt z żywnością nie będzie stanowił potencjalnego zagrożenia dla zdrowia! Jak wygląda jednak kwestia przewodności cieplnej stali odpornej na korozję? Dysza nierdzewna słabiej przewodzi ciepło niż identyczny element wykonany z mosiądzu. Jest to jednak cena niemałej trwałości, jaką dysze nierdzewne się charakteryzują. Mówiąc o żywotności tych elementów należy stwierdzić, iż stanowią one ogniwe pośrednie pomiędzy komponentami mosiężnymi a tymi, które wyprodukowano ze stali hartowanej.

Dysza nierdzewna - zalety

• większa trwałość w porównaniu do dyszy mosiężnej
• doskonałe rozwiązanie do przetwarzania filamentów dopuszczonych do kontaktu z żywnością

Dysza nierdzewna - wady

• niższa przewodność cieplna od dyszy mosiężnej
• mniejsza trwałość od dyszy hartowanej

Nierdzewna dysza typu MK10

Dysza hartowana

Stal nierdzewna oraz mosiądz to niejedyne materiały, z jakich produkuje się dysze. Wymienione stopy metali cechują się poziomem trwałości od zadowalającego do bardzo dobrego. Istnieje jednak bardziej trwały od mosiądzu i stali nierdzewnej. Jest nim stal hartowana. Jej ważną cechę stanowi duża twardość. Wykonana z niej dysza cechuje się więc wysokim poziomem trwałości. Niełatwo poddaje się negatywnemu wpływowi sił tarcia. Dysza hartowana doskonale sprawdza się w druku przestrzennych figur z filamentów o silnych własnościach ściernych. Techniczne materiały, które wzbogacone zostały włóknem węglowym, włóknami szklanymi lub mikrokulkami wytworzonymi ze szkła, nie stanowią dla niej najmniejszego problemu. Dysza hartowana bardzo dobrze sprawdzi się w trakcie drukowania trójwymiarowych obiektów z filamentów, które wzbogacono zmielonym drewnem. Czy jednak ma ona wady? Tą najważniejszą jest niższa przewodność cieplna w porównaniu do dysz nierdzewnych oraz tych, które wyprodukowane zostały z mosiądzu. Mniejsze przewodzenie ciepła może (a zatem nie zawsze musi) wpłynąć niekorzystnie na proces druku trójwymiarowego obiektu. Umiejętna żonglerka ustawieniami temperaturowymi drukarki 3D pozwoli na uzyskanie satysfakcjonujących rezultatów pracy drukarki 3D, którą wyposażono w dyszę hartowaną.

Dysza hartowana - zalety

• duża wytrzymałość mechaniczna i termiczna
• wysoki poziom kompatybilności z filamentami o silnych własnościach ściernych
• duża żywotność dyszy

Dysza hartowana - zalety

• niższa przewodność cieplna od dysz mosiężnych i hartowanych
• cena

Dysza hartowana E3D (©E3D)

Dysza powlekana

Dysza powlekana jest zbudowana z dwóch materiałów. Jeden z nich stanowi mosiądz. Materiałem nr 2 jest odpowiedni surowiec, z którego tworzy się warstwę pokrywającą stop metaliczny, który wspomniany został w poprzednim zdaniu artykułu. Powłokę wytwarza się zwykle z niklu lub chromu. Dysza powlekana jest zatem zasadniczo dyszą mosiężną, która pokryta została odpowiednim materiałem. Taka powłoka korzystnie wpływa na wytrzymałość mechaniczną elementu drukarki 3D. Dysza powlekana cechuje się dużą trwałością. Charakteryzuje się ona także wysoką przewodnością cieplną. Cecha ta wynika z dużego udziału mosiądzu w budowie dyszy powlekanej. Duża przewodność cieplna korzystnie wpływa na precyzję tworzenia trójwymiarowych wydruków za pomocą drukarki 3D, która w omawiany komponent została wyposażona. Dysza powlekana lepiej znosi interakcję z filamentami o silnych własnościach ściernych niż taki sam element, który wykonano tylko i wyłącznie z mosiądzu. Nie oznacza to jednak, iż wytrzyma ona długotrwały kontakt ze wspomnianymi materiałami do druku techniką FDM/FFF. Drukowanie wielkowymiarowych, czasochłonnych wydruków trójwymiarowych przez drukarkę 3D zaopatrzoną w dyszę powlekaną skończyć się może uszkodzeniem wspomnianego elementu urządzenia drukującego.

Dysza powlekana - zalety

• duża przewodność cieplna
• duża trwałość w porównaniu do klasycznych dysz mosiężnych
• wysoka kompatybilność z filamentami o silnych właściwościach ściernych

Dysza powlekana - wady

• duża przewodność cieplna, aczkolwiek niższa niż klasycznej dyszy mosiężnej
• najczęściej wysoka cena

Dysze powlekane produkuje m.in. firma Micro Swiss. Powyżej: dysza MK8 o średnicy otworu wylotowego równej 0.6mm. (©Micro Swiss)

Dysza rubinowa

Rubin jest jednym z wielu szlachetnych kamieni cenionych w świecie jubilerskim. Okazuje się jednak, iż znalazł on zastosowanie także w uniwersum drukarek 3D. Z połączenia mosiądzu i rubinu zrodziła się dysza rubinowa. Cechuje się ona bardzo wysoką przewodnością cieplną. Jest to zasługa mosiądzu, który stanowi podstawowy surowiec, z którego powstała dysza rubinowa. Świetnie przewodzi on ciepło, dzięki czemu filament ma zapewnione termiczne warunki, w których zostaje on przetworzony należycie. Przekłada się to na wysoką jakość trójwymiarowych wydruków wykonywanych z tak potraktowanego, termoplastycznego tworzywa. Jaką jednak rolę odgrywa rubin? Umieszcza na wierzchołku dyszy - tam, gdzie zlokalizowany jest jej otwór wylotowy. Rubin to bardzo wytrzymały materiał. Dzięki niemu dysza rubinowa doskonale radzi sobie z drukiem obiektów 3D z filamentów o dużych właściwościach ściernych. Jest ona zatem bardzo trwała. Czy dysza rubinowa ma jakieś wady? Istnieje jeden duży jej mankament - niezwiązany z jej parametrami. Jest nim cena. Dysze rubinowe są drogie. Wydanie na nią dużej sumy pieniędzy to jednak inwestycja, która szybko się zwraca w postaci rzadkiej potrzeby wymiany komponentu na nowy i doskonałych jakościowy wydrukach trójwymiarowych, które wykonywać można nawet z bardzo wymagających filamentów.

Dysza rubinowa - zalety

• duża przewodność cieplna
• duża żywotność
• bardzo wysoka kompatybilność z filamentami o silnych właściwościach ściernych

Dysza rubinowa - wady

• bardzo wysoka cena

Dysza do drukarki 3D - jaką wybrać?

Oto jest pytanie! Odpowiedź na nie zależy od wielu czynników, które niekoniecznie będą ze sobą połączone. Chcąc uzyskać precyzyjne, bogate w niewielkie detale wydruki 3D, warto sięgnąć po dyszę o niewielkiej średnicy otworu wylotowego. Drukowanie obiektów z dużą prędkością będzie z kolei o wiele łatwiejsze, gdy wybrany zostanie komponent, którego średnica otworu wylotowego większa będzie niż 0.4mm. Materiał, z którego wykonana została dysza, ma wpływ m.in. na jakość uzyskiwanych wydruków (przewodność cieplna elementu odgrywa bardzo istotną rolę!) i spektrum możliwych do przetworzenia filamentów do drukarki 3D. Na tym lista się - rzecz oczywista - nie kończy. Jedyna słuszna odpowiedź na postawione w nagłówku tej sekcji brzmi zatem: To zależy. Dzięki informacjom zawartym w tym przewodniku dobór odpowiedniej dyszy do drukarki 3D będzie jednak mniej karkołomnym procesem. Po dokonaniu wyboru pozostaje już tylko dokonanie jego zakupu. Pełna oferta dysz w naszym sklepie znajduje się właśnie tu!